Eliminación del arseniato

WIKIMEDIA COMMONS, Michael Gäbler Una diferencia de unos pocos grados en un solo ángulo de enlace de hidrógeno evita que las bacterias importen arseniato en lugar de fosfato, una molécula integral para la producción de energía, el ADN y las cascadas enzimáticas, según a un nuevo estudio publicado hoy (3 de octubre) en Nature.  El arseniato es estructuralmente muy similar al fosfato, pero la nueva investigación muestra que ciertas proteínas responsables de importar fosfato no pueden manejar el tamaño ligeramente más grande del arseniato, lo que deforma un enlace de hidrógeno clave, lo que permite que ciertas especies bacterianas crezcan en ambientes con alto contenido de arseniato. ; 

Los hallazgos «muestran cómo una [proteína] guardiana mantiene el arseniato fuera [de las bacterias], por lo que los niveles no se acumulan y las bacterias no tienen que preocuparse por los efectos tóxicos», dijo Ronald Viola, un químico de la Universidad de Toledo que no participó en la investigación.

El estudio clava un clavo en el ataúd de un artículo de Science de 2010 en el que los investigadores de la NASA afirmó tener…

El nuevo trabajo proporciona una explicación mecánica de cómo las bacterias en Mono Lake obtienen suficiente fosfato de su entorno para crecer, a pesar de los altos niveles de arseniato en el agua. El fosfato es esencial para la vida, ya que se incorpora a las células como una molécula de energía clave, el trifosfato de adenosina (ATP) y la columna vertebral del ADN. Si bien el arsenato es similar en tamaño y estructura al fosfato, es mucho menos estable. Como resultado, si las enzimas incorporan arsenato en ATP, por ejemplo, resultará en un ciclo inútil, explicó el primer autor Mikael Elias del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, la célula no obtiene energía de sus esfuerzos porque la molécula basada en arseniato rápidamente. se degrada.

Después de que el controvertido estudio del año pasado afirmara refutar este dogma, Elias y el líder del estudio, Daniel Tawfik, comenzaron a investigar las estrategias que usan las bacterias para evitar cometer este error. Los investigadores recurrieron a las proteínas de unión a fosfato que forman parte de la cadena de transporte que utilizan las bacterias para importar fosfato del medio ambiente. Clonaron proteínas de unión a fosfato (PBP) de diferentes especies de bacterias, incluida una de Pseudomonas fluorescens, que muere con altos niveles de arseniato, y dos de GFAJ-1, la cepa tolerante al arseniato de Lago Mono. Luego probaron la capacidad de las diversas PBP para discriminar entre el fosfato y el arseniato, y descubrieron que la mayoría tenía una selectividad de 500 a 850 veces más alta para el fosfato. Aún más impresionante, GFAJ-1s PBP-2, que se regula positivamente en condiciones bajas en fosfato, mostró una selectividad de 4500 veces para el fosfato sobre el arseniato. Presuntamente, este extremo permite que las bacterias GFAJ-1 sobrevivan en condiciones de alto contenido de arseniato al unirse solo al fosfato, por raro que sea.

El siguiente paso, dijo Elias, fue descubrir cómo las PBP distinguen entre arseniato y arseniato. y fosfato. El arseniato es solo alrededor de un 4 por ciento más grande que el fosfato en volumen, lo cual es una de las razones por las que a algunas proteínas les resulta difícil distinguir entre los dos, explicó Elias. La cristalografía de rayos X mostró que la PBP de P. fluorescens unió las dos moléculas con solo diferencias sutiles, diferencias que Elias no habría visto si sus datos de cristalografía no hubieran alcanzado una resolución inferior al angstrom. Pero en las imágenes detalladas, los investigadores pudieron ver que, en comparación con el fosfato, el arseniato desalineaba uno de los 12 enlaces de hidrógeno en el bolsillo de enlace.

En los enlaces de hidrógeno, los ángulos de enlace son muy importantes, explicó Elias, quien agregó que esta estrategia para discriminar entre iones como arseniato y fosfato no tiene precedentes, que yo sepa.

Las diferencias en los ángulos de enlace son realmente bastante pequeñas, pero para una buena actividad catalítica, conocemos los ángulos de enlace. deben estar exquisitamente alineados, y parece ser lo mismo para las proteínas de unión, dijo Ken Scott, biólogo molecular de la Universidad de Auckland en Nueva Zelanda que no participó en la investigación.

Las implicaciones de la investigación es doble, dijo Elias. Primero, por supuesto, complementa lo que se sabe sobre cómo las bacterias resisten la toxicidad del arseniato: si el veneno está afuera, el primer nivel de resistencia es no absorberlo. Segundo, Elias está entusiasmado con el potencial de aplicar esta estrategia de discriminación a la biología sintética. , quizás permitiendo a los científicos evitar los efectos secundarios mediante el diseño de fármacos con alta selectividad de unión a los objetivos apropiados.

Además, este trabajo, así como la avalancha de artículos que proporcionan evidencia contradictoria a la ciencia inicial artículo sobre la bacteria Mono Lake, demuestra que la ciencia está funcionando de la forma en que se supone que debe funcionar, dijo Viola. Tienes una observación, propones una hipótesis y la pruebas.

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